圆截面钢管混凝土受弯构件基本静力性能试验研究

圆截面钢管混凝土受弯构件基本静力性能试验研究

0圆截面偏压构件目前，国内外对圆形钢筋混凝土压力构件的研究较多，但对圆形钢筋混凝土弯曲部分的研究较少。这是因为在工程实践中,受弯构件较少采用圆截面形式,但是,可以将圆截面受弯构件视为轴力为0的圆截面偏压构件,开展关于该类构件的研究将有助于深入认识圆截面偏压构件。本文通过4个圆截面钢管混凝土受弯构件的试验,对其荷载—跨中挠度曲线、环向应变分布规律、平截面假定、纵向应变以及同一点纵、环向应变对比等静力性能进行研究。1试验总结1.1测试室1.1.1试件的参数试件跨度L0=1200mm,实际长度L=1400mm,钢管壁厚ts=4.5mm,试件的其他参数及承载力实测值Pu(取跨中挠度δm达到L0/50时所对应的荷载P为Pu)见表1,其中,fcu为混凝土150mm立方体抗压强度,fck为轴心抗压强度标准值,D为钢管外径。1.1.2极限强度和弹性模量es试验采用无缝钢管。由标准拉伸试验得到fy,钢材极限强度fu和弹性模量Es等见表2。混凝土采用425#普通硅酸盐水泥;中粗砂;碎石颗粒直径为5~15mm;另添加1%的减水剂,强度值见表1。1.1.3空钢管的浇筑及混凝土浇筑首先按照要求的尺寸加工空钢管,保证端面平整;对应每个试件加工2块200mm×200mm×10mm的盖板,先将空钢管的一端与盖板焊接,待浇筑混凝土后,再将钢管的另一端与盖板焊接,并保证焊缝的质量。在浇筑混凝土时,首先将钢管直立,使未焊接盖板的一端向上,从顶部灌入;灌入时采用分层灌入法,每灌入一层,即用ϕ50插入式振捣棒伸入钢管内部振捣,直至混凝土密实,并使混凝土略高于钢管端部;待养护28d后,将混凝土面与钢管端面找齐,此时可焊接另一块盖板。1.2测试试验在沈阳建筑大学结构工程实验室进行,试验装置以及测量仪器布置等如图1所示。1.2.1梁的挠度测量在构件跨中截面的钢管上,沿周长布置11片电阻应变片(图2),其中,1~7为纵向应变片,1′,3′,5′和8′为环向应变片。在梁跨的3分点和跨中处,用位移计测量梁的挠度;在支座处用位移计测量支座沉降。1.2.2kn压力传感器试验采用3分点加载方法,油压千斤顶加载,荷载的测定采用200kN或300kN压力传感器。试验采用分级加载制,在弹性范围内,荷载级差为5kN,持载2min后,再施加下一级加载;当荷载达到大约60%预计极限荷载以后,慢速连续加载;δm超过L0/50后,采用δm控制加载至试件破坏。1.2.3数据收集采用UCAM70A静态数据采集系统采集数据,同时记录和绘制P—δm曲线。2试验结果与分析2.1p对钢管约束效应系数的影响图3为试件的P—δm曲线。从图3可见,在本文试验参数范围内,P—δm曲线可以划分为以下3阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和增强阶段。在弹性阶段,δm基本随P的增加而线性增加,由于P较小,δm也较小;在弹塑性阶段,随着P的增加,δm开始加速增长;由于本文试件的钢管约束效应系数ξs=Asfy/(Acfck)(As和fy分别为钢管的横截面积和屈服强度,Ac为混凝土的横截面积)较大,在弹塑性阶段之后进入增强阶段,表现为较小的P就可以产生较大的δm,在试验加载后期,几乎肉眼可见δm的增加。还可以看出,虽然4个试件的Pu相差较大,但它们进入弹塑性阶段时所对应的δm却比较接近,大约相当于L0/200。2.2试验结果的分析2.2.1截面截面的应变分析图4为试件的P—εc曲线,其中,εc为钢管的环向应变。由图4可见,εc沿截面圆周分布不均匀:1点环向拉应变最大,5点环向压应变最大,其他点的环向应变介于这两点之间,或为受拉,或为受压。2.2.2钢管纵向应变图5为试件纵向应变沿截面高度分布,其中,εl为钢管的纵向应变。图5表明,从加载之初直到大约0.7Pu,纵向应变沿截面高度分布基本符合平截面假定。2.2.3试件内部应变值图6为钢管纵向应变比较。由图6可见,虽然4个试件的Pu相差较大,但试件屈服时的纵向应变值却十分接近,介于1500~2100με,大致相当于钢管各自的屈服应变。2.2.4纵向或纵向受拉图7为同一点纵向和环向应变的比较,其中,ε为应变。由图7可见,同一点纵向和环向应变异号:纵向受压则环向受拉,反之,纵向受拉则环向受压;纵向受拉点的钢管对混凝土没有约束作用。分析原因如下:在纵向受压区,该处的混凝土也受压,需要钢管为其提供环向约束,因此,钢管环向受拉;在纵向受拉区,该处的混凝土也受拉,无需钢管为其提供环向约束,钢管的环向应变为相对于纵向受拉的环向收缩,表现为环向受压。3钢管纵向和纵向应力应变的特征(1)在本文试验参数范围内,圆截面钢管混凝土受弯构件的荷载—跨中挠度曲线可以划分为以下3个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和增强阶段;所有试件均在跨中挠度达到大约1/200跨度时结束弹性阶段。(2)环向应变沿截面圆周分布不均匀:纵向受拉最大点环向压应变最大,纵向受压最大点环向拉应变最大,其他点的环向应变介于这两点之间,或为受拉,或为受压。(3)从加载之初直到大约0.